本發(fā)明屬于編碼器制造技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種有限轉(zhuǎn)角編碼器磁鋼結(jié)構(gòu)及具有該磁鋼結(jié)構(gòu)的編碼器。

背景技術(shù)：

目前工控領(lǐng)域的高精度伺服平臺(tái)廣泛采用的角位移傳感器有旋轉(zhuǎn)變壓器、光電編碼器和磁電編碼器。

其中，磁電編碼器主要由永磁體和磁敏元件組成。磁敏元件能夠通過霍爾效應(yīng)或磁阻效應(yīng)感應(yīng)由永磁體旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)造成的空間磁場(chǎng)變化，且能將這一磁場(chǎng)變化轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)的變化，并能通過后續(xù)的信號(hào)處理系統(tǒng)達(dá)到對(duì)旋轉(zhuǎn)部件角位移檢測(cè)的目的。相比旋轉(zhuǎn)變壓器和光電編碼器，磁電編碼器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、耐高溫、抗油污、抗沖擊和體積小、成本低等優(yōu)點(diǎn)，在小型化和惡劣環(huán)境條件的應(yīng)用場(chǎng)所具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。

磁電編碼器主要由磁信號(hào)發(fā)生結(jié)構(gòu)和信號(hào)處理電路兩部分組成，其中磁信號(hào)發(fā)生源稱為磁鋼。根據(jù)磁鋼的磁極數(shù)的不同，可分為單對(duì)極磁鋼和多對(duì)極磁鋼，因而根據(jù)磁電編碼器磁信號(hào)發(fā)生源的不同可分為單對(duì)極磁電編碼器和單多對(duì)極組合式磁電編碼器。組合式磁電編碼器即在傳統(tǒng)的單對(duì)極磁電編碼器的基礎(chǔ)之上增加一個(gè)多對(duì)極磁場(chǎng)信號(hào)源，來實(shí)現(xiàn)對(duì)單對(duì)極磁鋼的編碼細(xì)分，達(dá)到提高分辨率的目的。

現(xiàn)有的組合式磁電編碼器多對(duì)極磁鋼普遍采用整圈式結(jié)構(gòu)。并且單對(duì)極磁鋼采用徑向充磁，多對(duì)極磁鋼采用軸向充磁并且單對(duì)極磁鋼和多對(duì)極磁鋼分別安裝在空間兩個(gè)相互平行的安裝面以達(dá)到磁場(chǎng)隔離的效果。因此傳統(tǒng)的磁鋼安裝結(jié)構(gòu)軸向空間較大。單對(duì)極磁鋼采用徑向充磁的方式需要在磁鋼的半徑方向添加一圈導(dǎo)磁環(huán)，因此徑向尺寸較大。綜上所述傳統(tǒng)的組合式編碼器在小型化場(chǎng)合上的應(yīng)用受到限制，并且針對(duì)有限角度范圍內(nèi)的運(yùn)動(dòng)，采用整圈式結(jié)構(gòu)造成磁鋼的浪費(fèi)以及產(chǎn)品成本的增加同時(shí)不利于實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的輕量化設(shè)計(jì)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提出了一種有限轉(zhuǎn)角編碼器磁鋼結(jié)構(gòu)及具有該磁鋼結(jié)構(gòu)的編碼器，通過使用本發(fā)明所述的有限轉(zhuǎn)角編碼器磁鋼結(jié)構(gòu)及具有該磁鋼結(jié)構(gòu)的編碼器能夠有效的縮小組合式編碼器的結(jié)構(gòu)尺寸，使產(chǎn)品結(jié)構(gòu)更加緊湊，降低產(chǎn)品制造成本的同時(shí)提高了產(chǎn)品的輕量化設(shè)計(jì)。

本發(fā)明提出了一種有限轉(zhuǎn)角編碼器磁鋼結(jié)構(gòu)，其中包括包括同一空間平面上相對(duì)設(shè)置的單對(duì)極磁鋼和多對(duì)極磁鋼，所述單對(duì)極磁鋼包括n片磁鋼，n大于等于3，所述多對(duì)極磁鋼為N對(duì)極磁鋼，包括n'片磁鋼，n'大于等于2N+1。

如上所述的有限轉(zhuǎn)角編碼器磁鋼結(jié)構(gòu)，其中，所述單對(duì)極磁鋼的每片磁鋼所占的機(jī)械角度為α，所述機(jī)械角度α等于90°除以n。

如上所述的有限轉(zhuǎn)角編碼器磁鋼結(jié)構(gòu)，其中，所述多對(duì)極磁鋼的每片磁鋼所占的機(jī)械角度為β，所述機(jī)械角度β等于90°除以n'。

如上所述的有限轉(zhuǎn)角編碼器磁鋼結(jié)構(gòu)，其中，所述單對(duì)極磁鋼和所述多對(duì)極磁鋼沿圓周方向徑向相隔180°對(duì)稱設(shè)置。

如上所述的有限轉(zhuǎn)角編碼器磁鋼結(jié)構(gòu)，其中，所述單對(duì)極磁鋼和所述多對(duì)極磁鋼采用端面充磁。

本發(fā)明還提出了包括如上任一一項(xiàng)所述的有限轉(zhuǎn)角編碼器磁鋼結(jié)構(gòu)的編碼器，其中，包括：

同一空間平面上相對(duì)設(shè)置的單對(duì)極磁鋼和多對(duì)極磁鋼，所述單對(duì)極磁鋼包括n片磁鋼，n大于等于3，所述多對(duì)極磁鋼為N對(duì)極磁鋼，包括n'片磁鋼，n'大于等于2N+1；

磁鋼支撐板，所述磁鋼支撐板為環(huán)形結(jié)構(gòu)，所述單對(duì)極磁鋼和多對(duì)極磁鋼沿圓周方向徑向相隔180°對(duì)稱設(shè)置于所述磁鋼支撐板環(huán)形表面；

軸承，所述軸承外圈與所述磁鋼支撐板內(nèi)孔相配合；

電路板支撐板，所述電路板支撐板的一側(cè)面中心位置具有一圓形凸臺(tái)朝向所述軸承，所述電路板支撐板通過所述圓形凸臺(tái)與所述軸承內(nèi)孔配合連接；

電路板，所述電路板固定連接在所述電路板支撐板的另一側(cè)面，所述電路板朝向所述磁鋼方向表面具有單對(duì)極霍爾傳感器和多對(duì)極霍爾傳感器，所述單對(duì)極霍爾傳感器和多對(duì)極霍爾傳感器分別與所述單對(duì)極磁鋼和多對(duì)極磁鋼相對(duì)設(shè)置。

如上所述的編碼器，其中，所述單對(duì)極霍爾傳感器包括兩個(gè)霍爾傳感器，所述單對(duì)極霍爾傳感器中的兩個(gè)霍爾傳感器電角度相差90°。

如上所述的編碼器，其中，所述多對(duì)極霍爾傳感器包括兩個(gè)霍爾傳感器，所述多對(duì)極霍爾傳感器中的兩個(gè)霍爾傳感器電角度相差90°。

如上所述的編碼器，其中，所述單對(duì)極霍爾傳感器和多對(duì)極霍爾傳感器距離磁鋼表面的距離大于0.5mm，小于1mm。

如上所述的編碼器，其中，所述編碼器進(jìn)一步包括限位螺釘，所述限位螺釘固定在所述磁鋼支撐板朝向所述磁鋼的一側(cè)，用于機(jī)械限位作用。

通過使用本發(fā)明所述的有限轉(zhuǎn)角編碼器磁鋼結(jié)構(gòu)，將單對(duì)極磁鋼和多對(duì)極磁鋼對(duì)稱設(shè)置在同一空間平面內(nèi)，減小了組合式磁電編碼器的徑向尺寸。

通過將所述單對(duì)極磁鋼和所述多對(duì)極磁鋼采用端面充磁，減小了編碼器的軸向尺寸。

通過使用本發(fā)明所述的編碼器，能夠精確測(cè)量有限角度內(nèi)的轉(zhuǎn)角變化。

通過將霍爾傳感器表貼在電路板上，進(jìn)一步縮小了編碼器的軸向尺寸和徑向尺寸。

附圖說明

下面結(jié)合附圖詳細(xì)說明本發(fā)明。通過結(jié)合以下附圖所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明的上述或其他方面的內(nèi)容將變得更清楚和更容易理解。附圖中：

圖1為本發(fā)明所述有限轉(zhuǎn)角編碼器磁鋼結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明所述具有有限轉(zhuǎn)角編碼器磁鋼結(jié)構(gòu)的編碼器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3位本發(fā)明所述電路板的結(jié)示意圖；

圖4位本發(fā)明所述電路板支撐板的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。

附圖中各標(biāo)記表示如下：

101：?jiǎn)螌?duì)極磁鋼、102：多對(duì)極磁鋼；

20：磁鋼支撐板；

30：軸承；

40：電路板支撐板；

50：電路板、501：?jiǎn)螌?duì)極霍爾傳感器、502：多對(duì)極霍爾傳感器；

60：限位螺釘；

70：伺服機(jī)構(gòu)。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的具體實(shí)施方式。

在此記載的具體實(shí)施方式/實(shí)施例為本發(fā)明的特定的具體實(shí)施方式，用于說明本發(fā)明的構(gòu)思，均是解釋性和示例性的，不應(yīng)解釋為對(duì)本發(fā)明實(shí)施方式及本發(fā)明范圍的限制。除在此記載的實(shí)施例外，本領(lǐng)域技術(shù)人員還能夠基于本申請(qǐng)權(quán)利要求書和說明書所公開的內(nèi)容采用顯而易見的其它技術(shù)方案，這些技術(shù)方案包括采用對(duì)在此記載的實(shí)施例的做出任何顯而易見的替換和修改的技術(shù)方案，都在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。

圖1為本發(fā)明所述有限轉(zhuǎn)角編碼器磁鋼結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，有限轉(zhuǎn)角編碼器磁鋼結(jié)構(gòu)包括同一空間平面上相對(duì)設(shè)置的單對(duì)極磁鋼101和多對(duì)極磁鋼102，所述單對(duì)極磁鋼包括n片磁鋼，n大于等于3，所述多對(duì)極磁鋼為N對(duì)極磁鋼，包括n'片磁鋼，n'大于等于2N+1。

單對(duì)極磁鋼101和多對(duì)極磁鋼102在同一空間平面上相對(duì)設(shè)置，有效的較小了其徑向尺寸范圍。單對(duì)極磁鋼101包括n片磁鋼，為了保證單對(duì)極磁鋼101在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中單對(duì)極霍爾元件采集到的信號(hào)保證在一個(gè)閉合的磁場(chǎng)周期內(nèi)，則單對(duì)極磁鋼101片數(shù)n大于等于3。多對(duì)極磁鋼102為N對(duì)極磁鋼，包括n'片磁鋼，為了保證多對(duì)極磁鋼102在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中多對(duì)極霍爾元件采集到的信號(hào)在N個(gè)閉合的磁場(chǎng)周期內(nèi)，則多對(duì)極磁鋼片數(shù)n'大于等于2N+1。

進(jìn)一步的，單對(duì)極磁鋼101是由n片磁鋼組成，每片磁鋼所占的機(jī)械角度為α。多對(duì)極磁鋼102為N對(duì)極，由n'片磁鋼組成,每片磁鋼所占的機(jī)械角度為β。假設(shè)伺服機(jī)構(gòu)70擺動(dòng)的有限角度為θ。為防止單對(duì)極和多對(duì)極磁場(chǎng)信號(hào)相互干擾，在機(jī)械空間上磁鋼設(shè)計(jì)為有限角度。單對(duì)極磁鋼101每片磁鋼所占的機(jī)械角度α等于90°/n，多對(duì)極磁鋼102每片磁鋼所占的機(jī)械角度β等于90°/n'。

進(jìn)一步的，所述單對(duì)極磁鋼101和所述多對(duì)極磁鋼102沿圓周方向徑向相隔180°對(duì)稱設(shè)置。

所述單對(duì)極磁鋼101和所述多對(duì)極磁鋼102沿圓周方向徑向相隔180°對(duì)稱設(shè)置，可以更合理控制磁場(chǎng)分布，防止單對(duì)極和多對(duì)極磁場(chǎng)信號(hào)相互干擾。

通過使用本發(fā)明所述的有限轉(zhuǎn)角編碼器磁鋼結(jié)構(gòu)，將單對(duì)極磁鋼和多對(duì)極磁鋼對(duì)稱設(shè)置在同一空間平面內(nèi)，有效的減小了組合式磁電編碼器的徑向尺寸。

進(jìn)一步的，所述單對(duì)極磁鋼101和所述多對(duì)極磁鋼102均采用端面充磁。

通過將所述單對(duì)極磁鋼101和所述多對(duì)極磁鋼102采用端面充磁，減小了編碼器的軸向尺寸。

圖2為本發(fā)明所述具有有限轉(zhuǎn)角編碼器磁鋼結(jié)構(gòu)的編碼器的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖2所示，具有有限轉(zhuǎn)角編碼器磁鋼結(jié)構(gòu)的編碼器，包括同一空間平面上相對(duì)設(shè)置的單對(duì)極磁鋼101和多對(duì)極磁鋼102。所述單對(duì)極磁鋼101包括n片磁鋼，n大于等于3，所述多對(duì)極磁鋼102為N對(duì)極磁鋼，包括n'片磁鋼，n'大于等于2N+1。

進(jìn)一步的，單對(duì)極磁鋼101是由n片磁鋼組成，每片磁鋼所占的機(jī)械角度為α。多對(duì)極磁鋼102為N對(duì)極，由n'片磁鋼組成,每片磁鋼所占的機(jī)械角度為β。假設(shè)伺服機(jī)構(gòu)擺動(dòng)的有限角度為θ。為防止單對(duì)極和多對(duì)極磁場(chǎng)信號(hào)相互干擾，在機(jī)械空間上磁鋼設(shè)計(jì)為為有限角度。單對(duì)極磁鋼101每片磁鋼所占的機(jī)械角度α等于90°/n，多對(duì)極磁鋼102每片磁鋼所占的機(jī)械角度β等于90°/n'。

通過使用本發(fā)明所述的編碼器，能夠精確測(cè)量有限角度內(nèi)的轉(zhuǎn)角變化。同時(shí)，提高了產(chǎn)品的輕量化設(shè)計(jì)。

進(jìn)一步的，所述單對(duì)極磁鋼101和所述多對(duì)極磁鋼102沿圓周方向徑向相隔180°對(duì)稱設(shè)置。

所述單對(duì)極磁鋼101和所述多對(duì)極磁鋼102沿圓周方向徑向相隔180°對(duì)稱設(shè)置，可以更合理控制磁場(chǎng)分布，防止單對(duì)極和多對(duì)極磁場(chǎng)信號(hào)相互干擾。

磁鋼支撐板20，所述磁鋼支撐板20為環(huán)形結(jié)構(gòu)。所述單對(duì)極磁鋼101和多對(duì)極磁鋼102沿圓周方向徑向相隔180°對(duì)稱設(shè)置于磁鋼支撐板20的環(huán)形表面。

磁鋼支撐板20為環(huán)形結(jié)構(gòu)，其中心位置設(shè)有空心圓孔。磁鋼支撐板20環(huán)形表面設(shè)有多個(gè)通孔。

圖5為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖5所示，磁鋼支撐板20通過螺釘穿過其表面通孔與伺服機(jī)構(gòu)70轉(zhuǎn)動(dòng)部分連接。從而利用伺服機(jī)構(gòu)70帶動(dòng)磁鋼支撐板20進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而帶動(dòng)磁鋼進(jìn)行有限角度的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，形成磁場(chǎng)。

進(jìn)一步的，所述單對(duì)極磁鋼101和多對(duì)極磁鋼102通過高強(qiáng)度磁鋼結(jié)構(gòu)膠TY5326G粘結(jié)在磁鋼支撐板20表面。

軸承30，所述軸承30外圈與所述磁鋼支撐板20內(nèi)孔相配合。

圖4位本發(fā)明所述電路板支撐板40的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖4所示，所述電路板支撐板40的一側(cè)面中心位置具有一圓形凸臺(tái)朝向所述軸承30。所述電路板支撐板40通過所述圓形凸臺(tái)與所述軸承30內(nèi)孔配合連接。

進(jìn)一步的，電路板支撐板40表面具有多個(gè)通孔結(jié)構(gòu)。電路板支撐板40通過螺釘穿過通孔與伺服機(jī)構(gòu)70的框架固定在一起。軸承30起支撐作用，軸承30內(nèi)圈與電路板支撐板40通過小過盈配合的方式連接。軸承30的外圈和磁鋼支撐板20內(nèi)孔配合。因此當(dāng)伺服機(jī)構(gòu)70轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)電路板50和磁鋼能通過軸承30發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)。進(jìn)而，電路板50上分布的霍爾元件能夠感應(yīng)由磁鋼旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)造成的空間磁場(chǎng)變化，且能將這一磁場(chǎng)變化轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)的變化，并能通過后續(xù)的信號(hào)處理系統(tǒng)達(dá)到對(duì)旋轉(zhuǎn)部件角位移檢測(cè)的目的。

圖3位本發(fā)明所述電路板50的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖3所示，所述電路板50固定連接在所述電路板支撐板40的另一側(cè)。所述電路板50朝向所述磁鋼方向表面具有單對(duì)極霍爾傳感器501和多對(duì)極霍爾傳感器502。所述單對(duì)極霍爾傳感器501和多對(duì)極霍爾傳感器502分別與所述單對(duì)極磁鋼101和多對(duì)極磁鋼102相對(duì)設(shè)置。

進(jìn)一步的，電路板50表面設(shè)有與電路板支撐板40表面通孔位置相對(duì)應(yīng)的通孔。電路板50通過該通孔采用螺釘與電路板支撐板40固定連接。

在電路板50上采用表貼式霍爾傳感器相比采用插件霍爾傳感器進(jìn)一步縮小了編碼器的軸向尺寸和徑向尺寸。

在單對(duì)極磁鋼101對(duì)應(yīng)的電路板50表面表貼的霍爾元件稱為單對(duì)極霍爾傳感器501。在多對(duì)極磁鋼102對(duì)應(yīng)的電路板50表面表貼的霍爾元件稱為多對(duì)極霍爾傳感器502。多對(duì)極霍爾信號(hào)對(duì)單對(duì)極霍爾信號(hào)進(jìn)行角度細(xì)分，從而提高編碼器的分辨率。

進(jìn)一步的，所述單對(duì)極霍爾傳感器501包括兩個(gè)霍爾傳感器，所述單對(duì)極霍爾傳感器501中的兩個(gè)霍爾傳感器電角度相差90°。

進(jìn)一步的，所述多對(duì)極霍爾傳感器502包括兩個(gè)霍爾傳感器，所述多對(duì)極霍爾傳感器502中的兩個(gè)霍爾傳感器電角度相差90°。

依據(jù)反正切算法的原理，單對(duì)極兩個(gè)霍爾元件采集到的霍爾信號(hào)需要正交即單對(duì)極兩個(gè)霍爾元件的電角度需要相差90°，同樣多對(duì)極兩個(gè)霍爾元件的電角度需要相差90°。根據(jù)單對(duì)極磁鋼101每片磁鋼所占的空間角度，可計(jì)算得出單對(duì)極霍爾傳感器501中的兩個(gè)霍爾傳感器之間的機(jī)械角度。根據(jù)多對(duì)極磁鋼102每片磁鋼所占的空間角度，可計(jì)算得出多對(duì)極霍爾傳感器502中的兩個(gè)霍爾傳感器之間的機(jī)械角度。

進(jìn)一步的，所述單對(duì)極霍爾傳感器501和多對(duì)極霍爾傳感器502距離對(duì)應(yīng)的磁鋼表面的距離大于0.5mm，小于1mm。

根據(jù)大量的仿真數(shù)據(jù)表明單、多對(duì)極霍爾表面距離磁鋼表面的距離大于0.5mm，小于1mm，即可滿足霍爾傳感器感應(yīng)磁場(chǎng)信號(hào)的強(qiáng)度的要求。

進(jìn)一步的，所述編碼器進(jìn)一步包括限位螺釘60。所述限位螺釘60固定在所述磁鋼支撐板20朝向所述磁鋼的一側(cè)，用于機(jī)械限位。

伺服機(jī)構(gòu)70帶動(dòng)磁鋼支撐板20進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)伺服機(jī)構(gòu)70的轉(zhuǎn)角超過原有的設(shè)定轉(zhuǎn)角時(shí)，限位螺釘60隨磁鋼支撐板20的轉(zhuǎn)動(dòng)會(huì)碰撞在電路板支撐板40的外表面。由于電路板支撐板40固定連接在伺服機(jī)構(gòu)70的框架上，不會(huì)隨伺服機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)動(dòng)而轉(zhuǎn)動(dòng)。因而，造成伺服機(jī)構(gòu)停轉(zhuǎn)的現(xiàn)象。因此，限位螺釘60起到機(jī)械限位的作用。

需要說明的是，以上參照附圖所描述的各個(gè)實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明，而非限制本發(fā)明的范圍。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的前提下對(duì)本發(fā)明進(jìn)行的修改或者等同替換，均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。此外，除上下文另有所指外，以單數(shù)形式出現(xiàn)的詞包括復(fù)數(shù)形式，反之亦然。另外，除非特別說明，那么任何實(shí)施例的全部或一部分可結(jié)合任何其它實(shí)施例的全部或一部分來使用。